人工合成有机高分子材料的成功,是材料发展史上的一次重大突破。多少世纪以来,人们使用的各种材料,如石器、陶瓷和金属等,都是直接取自大自然的天然物质,或者把一些天然物质进行冶炼、焙烧、加工后制成的。随着生产领域不断扩大,它们的品种和性能都受到很大限制。随着人类物质、文化生活需求不断增加,自然界的“恩赐”已经供不应求了。于是,各种人工合成高分子材料应运而生,把人类物质文明的发展又向前推进了一大步。
人工合成高分子材料弥补了大自然的不足,以崭新的姿态出现在各个工业部门,同时又迅速地打入民用市场。和人们日常生活产生了密切的联系,今天已是“天下无人不识君”了。人工合成有机高分子材料的品种很多,主要包括一般说的“三大材料”,即合成纤维、合成橡胶和合成塑料,此外还包括合成油漆、涂料、胶粘剂和一部分液晶。
一般的无机化合物和有机化合物,其分子只包含几个或几十个原子。最多也不超过二三百个原子,而高分子化合物却不同,每一个分子所含的原子数可达几千或几万,甚至几百万、几千万。也就是说它们的分子量特别大,所以叫做高分子。
高分子化合物是通过化学方法以天然气或石油为原料,经过一系列反应得到的。它的分子链形状细长,或者首尾相连,或者含有小支链,相互交连,吸引力非常强,所组成的物质在强度、弹性等方面都比低分子物质优越许多。从结构上看,高分子化合物的分子是由许多相同的单体(链节)重复排列组成,所以又叫高聚物。例如,乙烯的分子量是28,而聚乙烯的分子量可达56万,也就是说,聚乙烯是由大约两万个乙烯链节组成的。乙烯、丙烯和丁二烯等单体都可以合成高分子材料。
合成纤维、橡胶和塑料都是高聚物,它们在形状和性能上有很大差异,但是,它们三者之间并没有严格的界限。同一种聚合物,由于合成方法和工艺不同,就可以分别制成纤维或塑料,如聚酰胺(尼龙)就有这种特点。又如聚氨酯弹性体,同时具有橡胶和塑料的双重性能。下面分别谈谈合成纤维、橡胶和塑料三大材料。